Sa aming pang-araw-araw na buhay, nakakaranas kami ng iba't ibang mga sitwasyon kung saan kailangan naming sukatin ang pisikal na dami tulad ng mekanikal na stress na inilapat sa metal, antas ng temperatura, Mga antas ng presyon atbp ... Para sa lahat ng mga application na ito kailangan namin ng isang aparato na maaaring masukat ang mga hindi kilalang dami sa mga yunit at mga pagkakalibrate na pamilyar sa amin. Ang isang tulad ng aparato na kung saan ay pinaka-kapaki-pakinabang sa amin ay ang TRANSDUCER . Ang transducer ay isang de-koryenteng aparato na maaaring mag-convert ng anumang uri ng pisikal na dami sa anyo ng proporsyonal na dami ng elektrikal alinman bilang boltahe o kuryente . Mula sa malaking pool ng iba't ibang uri ng transducer, nilalayon ng artikulong ito na ipaliwanag ang tungkol sa mga transduser ng piezoelectric .
Ano ang Piezoelectric Transducer?
Ang kahulugan ng isang Piezoelectric transducer ay isang electrical transducer na maaaring mag-convert ng anumang anyo ng pisikal na dami sa isang senyas ng elektrisidad , na maaaring magamit para sa pagsukat. Ang isang de-koryenteng transduser na gumagamit ng mga katangian ng mga materyal na piezoelectric para sa pag-convert ng mga pisikal na dami sa mga de-koryenteng signal ay kilala bilang isang piezoelectric transducer.
Piezoelectric Transducer
Ang mga materyales na Piezoelectric ay nagpapakita ng pag-aari ng piezoelectricity , ayon sa kung saan sa aplikasyon ng anumang uri ng mekanikal na stress o pilay na humahantong sa pagbuo ng isang boltahe na elektrikal na proporsyonal sa inilapat na stress. Ang ginawa na boltahe na ito ng kuryente ay masusukat gamit ang boltahe mga instrumento sa pagsukat upang makalkula ang halaga ng stress o pilay na inilapat sa materyal.
Mga uri ng Mga Materyales ng Piezoelectric
Ang ilan sa mga uri ng mga materyal na piezoelectric ay:
Mga Karaniwang Magagamit na Mga: Quartz, Rochelle salt, Topaz, Tourmaline-group mineral, at ilang mga organikong sangkap tulad ng sutla, kahoy, enamel, buto, buhok, goma, dentin. Paggawa ng artipisyal mga materyal na piezoelectric ay ang Polyvinylidene difluoride, PVDF o PVF2, Barium titanate, Lead titanate, Lead zirconate titanate (PZT), Potassium niobate, Lithium niobate, Lithium tantalate, at iba pang mga lead-free piezoelectric ceramics.
Hindi lahat ng mga materyal na piezoelectric ay maaaring magamit sa mga transduser ng piezoelectric . Mayroong ilang mga kinakailangang kinakailangan upang matugunan ng mga materyal na piezoelectric na gagamitin bilang mga transduser. Ang mga materyales na ginamit para sa hangarin sa pagsukat ay dapat magkaroon ng katatagan ng dalas, mataas na halaga ng output, hindi sensitibo sa matinding kondisyon ng temperatura at halumigmig at kung saan maaaring magamit sa iba't ibang mga hugis o dapat na may kakayahang umangkop upang mabuo sa iba't ibang mga hugis nang hindi nakakagambala sa kanilang mga katangian.
Sa kasamaang palad, walang materyal na piezoelectric na mayroong lahat ng mga katangiang ito. Quartz ay isang mataas na matatag na kristal na natural na magagamit ngunit mayroon itong maliit na antas ng output. Dahan-dahang iba't ibang mga parameter ay maaaring masukat sa quartz. Ang asin ng Rochelle ay nagbibigay ng pinakamataas na halaga ng output ngunit ito ay sensitibo sa mga kondisyon sa kapaligiran at hindi maaaring mapatakbo sa itaas ng 1150F.
Gumagana ang Piezoelectric Transducer
Piezoelectric Transducer gumagana sa prinsipyo ng piezoelectricity. Ang mga mukha ng materyal na piezoelectric, karaniwang quartz, ay pinahiran ng isang manipis na layer ng pagsasagawa ng materyal tulad ng pilak. Kapag ang stress ay inilapat ang mga ions sa materyal na lumipat patungo sa isa sa mga ibabaw ng pagsasagawa habang lumilayo mula sa iba. Nagreresulta ito sa pagbuo ng singil. Ang singil na ito ay ginagamit para sa pagkakalibrate ng stress. Ang polarity ng nagawa na singil ay nakasalalay sa direksyon ng inilapat na stress. Ang stress ay maaaring mailapat sa dalawang anyo bilang C ompressive stress at Tensile stress tulad ng ipinakita sa ibaba.
Paggawa ng isang Piezoelectric Transducer
Piezoelectric Transducer Formula
Ang oryentasyon ng kristal ay nakakaapekto rin sa dami ng nabuo na boltahe. Ang Crystal sa isang transducer ay maaaring isaayos paayon na posisyon o nakahalang posisyon .
Piezoelectric Transducer Formula
Paayon at Transverse na Epekto
Sa paayon na epekto, ang singil na nabuo ay ibinibigay ng
Q = F * d
Kung saan ang F ay inilapat na puwersa, d ang piezoelectric coefficient ng kristal.
Ang piezoelectric coefficient d ng quartz crystal ay nasa 2.3 * 10-12C / N.
Sa nakahalang epekto, ang singil na nabuo ay ibinibigay ng
Q = F * d * (b / a)
Kapag ang ratio na b / a ay mas malaki sa 1 ang singil na ginawa ng transverse na pag-aayos ay magiging mas malaki kaysa sa halagang nabuo ng pag-aayos ng paayon.
Piezoelectric Transducer Circuit
Ang pagtatrabaho ng isang pangunahing piezoelectric transducer ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng figure sa ibaba.
Piezoelectric Transducer Circuit
Dito ang quartz crystal na pinahiran ng pilak ay ginagamit bilang isang sensor upang makabuo ng isang boltahe kapag ang stress ay inilapat dito. Ginagamit ang isang amplifier ng singil upang sukatin ang nagawa na singil nang walang pagdumi. Upang gumuhit ng napakababang kasalukuyang ang resistensya R1 ay napakataas. Ang capacitance ng lead wire na nagkokonekta sa transducer at sensor ng piezoelectric nakakaapekto rin sa pagkakalibrate. Kaya't ang charge amplifier ay karaniwang inilalagay na malapit sa sensor.
Kaya sa isang piezoelectric transducer kapag ang mekanikal na stress ay inilapat isang proporsyonal na boltahe ng kuryente ay nabuo na kung saan ay pinalakas gamit ang charge amplifier at ginagamit para sa pagkakalibrate ng inilapat na stress.
Piezoelectric Ultrasonic Transducer
Gumagana ang ultrasonic piezoelectric transducer sa prinsipyo ng pag-uusap epekto ng piezoelectric . Sa ganitong epekto kapag ang kuryente ay inilalapat sa isang materyal na piezoelectric, sumasailalim ito sa pisikal na mga deformation na proporsyonal sa inilapat na singil. Ang circuit ng ultrasonic transducer ay ibinibigay sa ibaba.
Ultrasonik Piezoelectric Transducer
Narito, ang quartz na kristal ay inilalagay sa pagitan ng dalawang metal plate A at B na konektado sa pangunahing L3 ng transpormer. Ang pangunahing ng transpormer ay inductively na isinama sa electronic oscillator . Ang mga coil na L1 at L2, na bumubuo ng pangalawang bahagi ng transpormer, ay konektado sa electronic oscillator.
Kapag ang baterya ay naka-ON ang oscillator ay gumagawa ng mga dalas ng boltahe na alternating dalas ng dalas na may dalas f = 1 ÷ (2π√L1C1). Dahil dito, ang isang e.mf ay sapilitan sa L3 na kung saan ay inililipat sa kristal na kuwarts sa pamamagitan ng mga plate A at B. Dahil sa nakakausap na epekto ng piezoelectric ang kristal ay nagsisimulang kumontrata at lumalawak na kahalili sa gayon ay lumilikha ng mga mekanikal na panginginig.
Nagaganap ang resonance kapag ang dalas ng electronic oscillator ay katumbas ng natural na dalas ng kuwarts. Sa puntong ito, gumagawa ang quartz paayon ultrasonic alon ng malaking amplitude.
Mga Application ng Piezoelectric Transducer
- Tulad ng mga materyales na piezoelectric ay hindi maaaring masukat ang mga static na halaga, ito ang pangunahing ginagamit para sa pagsukat sa ibabaw ng kagaspangan, sa mga accelerometro at bilang isang pickup ng panginginig ng boses.
- Ginagamit ang mga ito sa mga seismograpi upang masukat ang mga panginginig sa mga rocket.
- Sa mga gauge ng salaan upang sukatin ang puwersa, stress, panginginig atbp ...
- Ginamit ng mga industriya ng automotive upang masukat ang mga pagpapasabog sa mga engine.
- Ginagamit ang mga ito sa ultrasonic imaging sa mga medikal na aplikasyon.
Mga kalamangan at Limitasyon ng Piezoelectric Transducers
Ang mga kalamangan at limitasyon ng mga piezoelectric transducer ay nagsasama ng mga sumusunod.
Mga kalamangan
- Ang mga ito ay aktibong transducer ibig sabihin hindi sila nangangailangan ng panlabas na lakas para sa pagtatrabaho at samakatuwid ay bumubuo ng sarili.
- Ang mataas na dalas na tugon ng mga transduser na ito ay gumagawa ng isang mahusay na pagpipilian para sa iba't ibang mga application.
Mga limitasyon
- Ang mga kondisyon sa temperatura at kapaligiran ay maaaring makaapekto sa pag-uugali ng transducer.
- Masusukat lamang nila ang pagbabago ng presyon kaya't wala silang silbi habang sumusukat sa mga static na parameter.
Kaya, ito ay tungkol sa lahat Piezoelectric Transducer , Prinsipyo sa Paggawa, Formula, Circuit na may Paggawa, Mga Kalamangan, Limitasyon, at mga Application din. Mula sa nabanggit na impormasyon, maraming mga aplikasyon ng Piezoelectric transducer tulad ng tinalakay. Para sa aling application na ginamit mo ang piezoelectric transducer? Kumusta ang iyong karanasan?
